分布式光纤声传感（DAS）技术将单根光纤视为传感和传输介质，可实时探测光纤附近的振动/声波信号，具有环境适应性强、长距离、空间连续测量等优势。本文借助海底观测平台，将DAS解调仪与传感光纤一同布放于深海，展开了为期21天的深海原位测试试验。在1423 m的深海环境中，成功实现海底振动传感系统，其平均背景噪声约为0.464mrad/Hz。这一结果与实验室测量结果相近。海试的数据采集结果进一步验证了该系统的可行性，通过对不同工作状态（入水、着底、移动和抛载上浮）下采集到的振动信号的时频特性进行了分析，能够清晰识别出各工作状态下的信号特征。该深海级分布式光纤地震系统提供了一种新的工程方案，海底的原位布放可以实现在更远海域和更深海底的分布式光纤地震采集，对海洋地球物理研究具有重要意义。

本文研究了分布式声波传感垂直地震剖面（DAS-VSP）法纵波及转换波智能处理与成像方法，讨论了DAS-VSP形态成分分析法数据去噪技术、DAS-VSP多波智能分离方法和流程，以及基于深度学习的DAS-VSP数据规则化方法。创新性地提出了一种基于最小旅行时的多波VSP成像方法，通过旅行时表控制反射路径附近聚焦成像，比传统地震偏移方法的划弧减少，成像过程中计算覆盖次数，解决了覆盖不均匀成像振幅问题。通过海上斜井DAS-VSP实际数据处理，同时获得DAS-VSP上行纵波和上行转换横波成像剖面，结果显示，DAS-VSP不仅含有反射纵波信息，同时存在较强的转换横波，通过针对性处理后，能够实现DAS-VSP纵波及转换波成像，说明斜井DAS-VSP具备多波成像条件，可获得较高信噪比的纵波及转换波成像数据，多波数据更有利于油气预测和识别，智能处理及多波成像方法为DAS-VSP法用于油气勘探开发提供了新的技术手段。

激光遥感探测技术具有信息传输速度快、操作方便、高精度和远距离探测等优点, 可以很好地弥补地震勘探在地形复杂区域中存在的施工难度大、地震数据采集慢等缺点。利用波前传感器具有的高灵敏度、高探测效率和离轴探测等特点, 将其用于地震波激光遥感探测之中, 改进前期研究中由于迈克尔逊干涉法存在慢变化导致的信号处理复杂等问题。通过搭建激光遥感探测系统, 对地震波中的纵波进行观测和分析, 探讨了地面振幅与波前传感器测量光斑的关系。试验表明, 该系统对低频地震波响应更加良好, 解决了仪器本身自然频率的干扰, 离轴探测的特性使得反射信号的采集更加便利, 为地震波激光遥感探测提供了试验参考。

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时, 会出现时频分析失真的现象, 对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进, 得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode,EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)抑制低频趋势项, 同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy, MPE)代码控制高频噪声, 最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform,NHT), 通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性, 进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究, 并将CEEMDAN·MPE-NHT算法用于水下钻孔爆破地震波信号时频分析中。研究结果表明: CEEMDAN·MPE分解得到的IMF经NHT处理得到的时频谱在时域和频域上均具有较高的分辨率, 得到的时频分析参数精度相比HHT有了很大的提升, 可实现更准确提取含噪爆破地震波信号时频特征参数, 对爆破地震波危害效应识别, 制定科学的爆破地震波危害效应控制措施具有重要的现实意义。

在航道疏浚工程中对高于设计水底标高的水下礁石, 多采用水下钻爆清礁工艺。而水下岩层通过钻爆清挖后仍有部分岩石未能完全清除并残留不规则, 不稳定的水下浅点。实际施工中经常采用乳化炸药水下钻孔爆破或裸露爆破法清除这类孤石, 裸爆相对于钻孔爆破, 炸药与岩面的接触面小, 炸药使用量大, 会出现能量利用率低、炸药单耗高、噪音和水击波大, 影响生态环境等问题。为了分析浅点爆破影响因素, 进行现场监测研究, 对比水下薄层岩石裸露爆破法和钻孔爆破法, 在相同作用效果下, CO2裸爆、钻孔CO2气爆和钻孔乳化炸药爆破水击波和地震波数据。以防城港18#~22#泊位码头基槽、停泊地开挖、炸礁及清礁工程为例, 根据岩层性质、岩层形态、被炸岩石顶部的水深和浅点厚度等制定药包排列和用药量方案。通过对比分析得出相同气瓶条件,CO2裸爆水击波超压值是钻孔CO2气爆的1.87~41.9倍。应用水下钻孔乳化炸药爆破是CO2气爆水击波的7.9～18.7倍, 产生的振动数值是后者的3～10倍。本文以解决实际工程问题为基本出发点, 在研究水下爆破水击波传播规律的基础上, 综合分析水中冲击波有害效应影响规律。

在页岩气开采过程中，基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤声波传感（DAS）系统是对水力压裂作业中产生的微震波进行监测的常用方案。为了提高Φ-OTDR系统测量振动信号的信噪比，提出了一种基于变分模态分解（VMD）和互信息（MI）的振动信号去噪方法，对数字正交（I/Q）解调得到的相位信号进行进一步处理，VMD层数K通过去趋势波动分析（DFA）计算的标度指数确定，相位信号的失真和噪声通过剔除MI法确定的非相关模态进行抑制。并搭建了相干探测Φ-OTDR系统验证VMD-MI方法的去噪效果，分别对500 Hz单频振动信号和500、1000、1500 Hz多频振动信号使用VMD、小波降噪（Wavelet）、经验模态分解（EMD）、自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）进行处理。实验结果表明，所提方法对振动信号信噪比提升最为明显，在Φ-OTDR系统中具有良好的实用性。

基于地震荷载作用下尾砂发生液化现象，本文提出一种增强尾砂抗震液化特性的方法，即玄武岩纤维加筋尾砂。为验证纤维加筋尾砂的抗液化特性效果及其机理，运用动三轴仪对纤维加筋尾粉砂展开一系列动力试验，研究了同质量分数(0.3%)下不同长度(3、6、9、12、15、18 mm)以及相同长度(9 mm)下不同质量分数(01%、03%、05%、07%、0.9%)的纤维对尾砂抗液化性能影响。结果表明，纤维加筋尾砂能够有效提升尾砂的抗液化特性。就增强尾砂的抗液化效果而言，纤维存在最优长度和最优掺量分别为9 mm、0.3%。通过SEM发现，玄武岩纤维填充在尾砂颗粒的孔隙与裂隙中，并与尾砂颗粒发生缠绕、包裹等现象，甚至一些被包裹的纤维之间相互弯曲交织，构建成三维网状的“桥梁”纽带。

地震、次声和水声是《全面禁止核试验条约》（CTBT）规定的3种远距离波形监测技术手段，目前CTBT国际监测系统（IMS）的地震、次声、水声监测台站基本采用传统的电学传感设备。分布式光纤传感技术是一种新型的传感技术，仅利用单根光纤的光学效应即可获得沿线各点处的振动或应变，在禁核试核查监测领域展现出广泛的应用前景。分布式光纤传感技术的原理及发展现状表明，分布式光纤传感技术在地震、次声、水声监测方面可直接应用于探测系统获取振动信息，还可应用于现有光纤通信设施获取信息作为监测数据的补充。基于分布式光纤传感技术的探测系统具备的分布式测量、灵敏度高、稳定性好等特点，为地震、次声、水声等探测设备的改进提供了新思路；但分布式光纤传感系统通道密集、采样率高、数据量大的特点，对监测数据的实时处理提出了新的挑战。此外，分布式光纤传感技术的应用对IMS监测能力所带来的影响还需进一步的研究和评估。

针对爆破地震波信号经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)固有的端点效应问题，提出了一种基于边界局部特征尺度自适应匹配延拓(Boundary Local Characteristic Scale and Adaptive Matching Extension,BLCS-AME)的EMD端点效应抑制方法。该方法将原始信号全局时间参数之间的内在联系和信号在端点处幅值参数的局部变化趋势进行联合考虑，得到了延拓后的边界局部特征尺度(BLCS)，再以BLCS为研究对象，在原始信号中找到与BLCS匹配度最高的一组时间序列，最后将该时间序列平移到端点处进行EMD，即可实现基于BLCS-AME的EMD端点效应抑制处理。通过多种方法仿真信号EMD端点效应抑制的对比分析，可得出结论：与常规端点效应抑制方法相比，BLCS-AME方法对EMD端点效应具有更好的抑制能力，能够得到精度更高的固有模态函数(Intrinsic Mode Function，IMF)，研究结果更能反映信号的内在属性。最后将该方法用于实际爆破地震波信号EMD中，进一步验证该方法能够有效抑制爆破地震波信号EMD过程中产生的端点效应，有利于爆破地震波信号细节特征参数的提取，得到反映爆破地震波信号内在属性的特征参数，对爆破地震波危害控制具有重要的现实意义。